а их проведение, то есть передачу от одного нейрона к другому. Вместе со своими слугами и помощниками, глиальными клетками, нервные клетки – самое важное, что только есть в головном мозге.
При помощи аксонов нейроны обмениваются информацией и образуют живые сети. Разумеется, нейроны объединяются друг с другом не по случайному принципу. Их союзы помогают создавать специализированные группы, позволяющие получать важную информацию от конкретных органов чувств и управлять мышцами.
Чтобы «упаковать» в относительно небольшую черепную коробку как можно больше нервных клеток, эволюция сделала наш мозг складчатым. У каждого из нас мозг индивидуален, но расположение основных складок – анатомы называют их извилинами – у разных людей примерно одинаковое.
Это значит, что если взглянуть на мозг со стороны, все его части будут очень похожи. Угадать по форме мозга, какой его участок отвечает за движение рук и губ, а какой – за зрение и слух, невозможно. Начертить карту мозга, которая позволила сопоставить его внутреннее устройство и роль, играемую тем или иным участком коры в управлении телом, удалось только в середине XX века, но уточнения в нее вносят до сих пор.
Что ученые знали об устройстве мозга к концу XIX века
Первое описание строения головного мозга появилось в III веке до нашей эры. Его оставили два древнегреческих анатома, Герофил и Эрасистрат, которые жили и работали в Александрии. Считается, что именно они первыми разделили головной мозг на два крупных отдела: большой мозг и мозжечок.
Но спустя примерно 40 лет практика вскрытия тел была запрещена, причем запрет продержался вплоть до эпохи Возрождения. Знаменитый римский врач Гален, который жил во II веке нашей эры, тоже интересовался головным мозгом. Его анатомические познания опирались на работы врачей былых времен. Однако он пытался пойти дальше предшественников и разобраться, зачем нужны те или иные части мозга.
Гален предположил, что раз мозжечок более твердый, вероятно, он отвечает за движение мышц. А поскольку большой мозг мягкий, он, очевидно, нужен для выражения эмоций. Что самое интересное, Гален фактически угадал: мозжечок действительно отвечает за координацию движений, а структуры, связанные с эмоциями, находятся в большом мозге.
Со времен Галена и до выдающегося анатома XVI века Везалия врачи и ученые не слишком интересовались корой головного мозга. Для тогдашних врачей кора мозга и правда была чем-то вроде коры дерева, то есть самая важная и интересная часть мозга считалась обычной оболочкой [77], которая защищает более ценное белое вещество мозга. В те времена врачи уже понимали, что мозг каким-то образом управляет телом, но какие его части отвечают за работу внутренних органов, а какие – за способность двигаться и воспринимать окружающий мир, еще никто не знал.
В XVII–XVIII веках исследователи все-таки заинтересовались поверхностью мозга. В те времена возможности изучать ее работу не было, поэтому исследователей интересовал прежде всего ее внешний вид. Сравнивая извилистую поверхность мозга разных людей, ученые пришли к выводу, что в ее строении есть общие черты.
Например, работавший в Лейдене в середине XVII века анатом Франциск Сильвий описал глубокую боковую «расщелину», которая отделяет лобные и теменные доли мозга от височной доли. В наши дни эту «расщелину» принято называть Сильвиевой бороздой. Она есть абсолютно у всех здоровых людей.
Закономерности в расположении всех остальных извилин мозга ученые начали выявлять только в XIX веке, а первые подробные изображения его поверхности появились только в атласе анатомии центральной нервной системы Фовилля[6], который увидел свет в 1844 году [78].
Хоть иллюстрации в этой книге и были почти такими же точными и детальными, как фотографии, полученные при помощи современной аппаратуры, эти роскошные изображения использовали только в качестве анатомических ориентиров при вскрытии.
Ситуация начала меняться только в середине XIX века [79]. В 1861 году французский врач Поль Брока опубликовал исследование, в котором предположил, что повреждение левой лобной доли головного мозга – позже ее переименовали в область Брока – может серьезно повлиять на способность говорить.
Дальнейшие исследования показали, что Поль Брока был абсолютно прав. Сегодня мы знаем, что люди, которым не повезло получить травму открытой исследователем области мозга, могут сохранить абсолютно ясное сознание, но с трудом понимают обращенную к ним речь и сами утрачивают способность внятно говорить.
Примерно в то же время английский невролог Джон Хьюлингс Джексон всерьез задумался о том, что в коре головного мозга начинается не только речь, но и движение. Исследуя людей с эпилептическими припадками, он заметил, что судороги начинались с рук, а потом распространялись вверх по телу к лицу. Позже такое перемещение судорог назвали джексоновским маршем.
Джексон предположил, что во время припадка на поверхности мозга наблюдается электрическая активность. Сначала активируется какой-то один участок коры, а затем следующий – примерно так же, как ток бежит по проводам. Он решил, что судороги, которые начинаются в руках и поднимаются вверх до лица, на самом деле следуют за перемещением нервного импульса по коре мозга. А это значит, что разные участки коры отвечают за движение разных частей тела.
В 1870 году два врача, Густав Теодор Фрич и Эдуард Хитциг, проверили предположение Джексона в эксперименте на животных. Они стимулировали электрическим током разные участки коры головного мозга живых собак и записывали, какие движения после этого возникают.
Именно Фрич и Хитциг первыми обратили внимание, что стимуляция одних и тех же участков мозга вызывает одинаковые движения у разных собак. Сегодня мы называем эти участки мозга моторной корой.
Правда, тогдашнее научное сообщество посчитало, что доказательств существования моторной коры слишком мало. Не особенно помогло даже сообщение известного шотландского невролога Дэвида Феррье, которому удалось воспроизвести эксперименты Фрича и Хитцига.
Хотя многие исследователи уже в то время задумывались о том, что участки человеческого мозга могут распределять между собой обязанности примерно так же, как участки собачьего мозга, доказательств в пользу этого предположения было слишком мало.
Получить такие доказательства и создать запоминающийся образ, который помог сделать карту мозга частью нашей культуры, смогли только ученые XX века.
Эксперименты Фрича, Хитцига и Феррье были довольно жестокими, потому что их проводили на открытом мозге без наркоза. В 1881 году Дэвид Феррье стал первым ученым, которого судили по Закону о жестоком обращении с животными 1876 года [80]. Правда, Феррье оправдали, ведь благодаря его экспериментам хирурги научились находить опухоли в головном мозге.
Как придумали кортикального гомункулуса
В переводе с латыни слово «гомункулус» означает «крохотный человечек» [81]. Алхимики XVI века считали, что крошка-гомункул сидит в глубинах нашего мозга и управляет телом, словно гигантским роботом. Лучшего образа для отображения моторной коры, которая управляет нашими движениями, и сенсорной коры, отвечающей за восприятие и ощущения, не придумаешь!
Но прежде чем гомункулус мог перекочевать со страниц алхимических трактатов в серьезные научные статьи, нужно было получить достаточно доказательств, что такое явление, как зональность мозга, действительно существует и имеет отношение не только к животному, но и к человеческому мозгу.
Хотя первые шаги в этом направлении исследователи сделали еще в середине прошлого века, недостающий фрагмент ответа на вопрос о том, как мозг заставляет людей двигаться и воспринимать мир, удалось получить только в XXI веке.
Корбиниан Бродман родился в 1868 году в Лиггерсдорфе – деревушке на юге Германии [82]. Он был сыном служанки по имени Софи Бенклер и богатого землевладельца Йозефа Бродмана. Отец женился на матери и признал Корбиниана собственным сыном, только когда тому исполнилось 18 лет. Даже имя мальчику придумали не родители, а сельский священник.
В юности Бродман не блистал особыми талантами. Школьный учитель из начальной школы в Лиггерсдорфе так и записал в классной книге: «Хотя у Бродмана были слабые способности, он пошел в среднюю школу». Впрочем, это не помешало юноше получить неплохое медицинское образование: во время учебы он даже послушал лекцию нобелевского лауреата Вильгельма Конрада Рентгена – изобретателя рентгеновского аппарата. Устройством же головного мозга Бродман увлекся только после того, как сдал выпускной экзамен и получил разрешение работать врачом.
В 1896 году Бродман подхватил дифтерию и по тогдашнему обычаю отправился лечиться на курорт Александерсбад в Еловых горах. Там он не только выздоровел, но и познакомился с неврологом Оскаром Фогтом, который предложил молодому доктору – раз уж он все равно тут – поработать в психиатрическом отделении Александерсбада. Именно Фогт заразил Бродмана страстью к психиатрии и гипнозу.
В то время Александерсбад был самым модным курортом Германии. Туда приезжали поправить здоровье и подлечить нервы в том числе и члены богатейшей оружейной династии Крупп. Со временем друг и работодатель Бродмана Оскар Фогт стал лечащим врачом «пушечного короля» Альфреда Круппа, который с удовольствием спонсировал его исследования. На эти деньги Фогт и Бродман основали Нейробиологическую лабораторию Берлинского университета и получили карт-бланш на самые невероятные эксперименты, которые только могли прийти им в голову.
В берлинской нейробиологической лаборатории Бродман с 1901 по 1920 год исследовал гипноз, астроциты – клетки-«няньки», которые кормят и обслуживают нейроны, связь кровотока с активностью мозга и многое-многое другое. Но славу ему принесли работы по цитоархитектонике мозга – так называется научное направление, изучающее расположение и связи нейронов в головном мозге.